CN102120920B - 各向异性导电粘性复合物和膜，及电路连接结构 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种各向异性导电粘性复合物或膜，和包括该粘性复合物或膜的电路连接结构。所述各向异性导电膜包括介电粘结剂和分散在此介电粘结剂中的导电颗粒。所述导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在该铜核颗粒表面上的金属涂层。

Description

各向异性导电粘性复合物和膜,及电路连接结构
技术领域
本发明涉及各向异性导电复合物，更具体涉及用于改善电流抗性的各向异性导电粘性复合物和膜，以及包括该复合物和膜的电路连接结构。
背景技术
一般来讲，各向异性导电粘合剂可以各向异性导电糊、各向异性导电粘性复合物或各向异性导电膜的形式提供，并可用于通过电极之间电连接来实现的电路连接结构。各向异性导电粘合剂用于在诸如液晶显示器(LCD)或手提通讯设备等电子产品中将如半导体器件等小型电子元件连接到基板上。此外，在液晶TV、移动电话、等离子体显示面板(PDP)、EL面板等中，各向异性导电粘合剂有效用于高电流、高电压和细距电极的连接。目前小型电子器件或元件的快速发展导致对以精细模式形成的电极之间电路连接的需求增加，且各向异性导电粘性糊或膜的应用也增加。
由于导线以细距布置，连接电极也以细距形成，所以难以保证连接部分处的低电阻。具体而言，因为用于等离子体显示面板的器件需要高电流性质，所以用于其连接部分的各个部件的各向异性导电复合物必须具有低电阻和大电流电阻以耐受连接部分处的高电流。
发明内容
本发明的一个方面提供一种各向异性导电膜或粘性复合物，所述各向异性导电膜或粘性复合物包括介电粘结剂；和分散在所述介电粘结剂中的导电颗粒，其中所述导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在所述铜核颗粒表面上的金属涂层。
所述金属涂层可包括银涂层，所述银涂层通过化学镀以部分暴露所述铜核颗粒表面的岛状涂覆在所述铜核颗粒表面上。
所述导电颗粒可包括防锈层，所述防锈层使用有机材料在所述导电颗粒表面上形成，所述有机材料包括硬脂酸。
本发明的另一个方面提供了一种电路连接结构，所述电路连接结构包括：包括电路电极的电路基板；面对所述电路基板并包括导线电极的导线基板；和包括介电粘结剂和分散在所述介电粘结剂中的导电颗粒的各向异性导电膜，其中所述导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在所述铜核颗粒表面上的金属涂层。
所述导线电极可包括对应于所述铜核颗粒的铜。
所述电路电极可包括对应于所述金属涂层的银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)或铋(Bi)，且所述金属涂层可包括对应于所述电路电极的银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)或铋(Bi)。
附图说明
通过以下详细说明并结合附图，本发明的上述和其它特征和优点将变得明显，其中：
图1显示了根据本发明一个示例性实施方式的各向异性导电复合物和膜；
图2显示了根据本发明一个示例性实施方式的导电颗粒；且
图3显示了根据本发明一个示例性实施方式的包括各向异性导电膜的电路连接结构。
具体实施方式
现将参考附图详细说明示例性实施方式。应理解，这些实施方式可具有不同形式，且并非要限制本发明的范围。
本发明的实施方式提供了一种各向异性导电粘性复合物或膜，以及包括该复合物或膜的电路连接结构，所述各向异性导电粘性复合物或膜包括导电颗粒以改善连接时的电流电阻性质，且满足在细距中形成连接电极时需要的高电压和高电流性质。
该各向异性导电膜包括分散在有机粘结剂中的导电颗粒。当将连接基板上的电极或端子与靶基板或半导体芯片连接时，靶基板或半导体芯片对准已预先附着有各向异性导电膜的连接基板的电极或端子，并随后经受压力和热以干燥或固化有机粘结剂。在此，仅有在要互相连接的电极之间受压的导电颗粒产生变形并提供电通路，因而电流只在相对的电极之间流动，而固化的粘结剂绝缘体保持相邻电极在其他方向上彼此间的绝缘。
因为导线在细距中形成，连接电极也在细距中形成，所以可通过增加导电微粒的浓度来提高连接部分处的电流容量，以保证连接部分处的低电阻。然而，因为分散在粘结剂中的导电细颗粒间的干扰，导电细颗粒浓度的升高将难以保证电极之间的绝缘。
虽然使用镀金树脂颗粒或镀金镍颗粒作为各向异性导电膜的导电颗粒是本领域所公知的，但树脂颗粒的镀金层呈现与树脂颗粒表面的弱附着力，使得当电极间的连接压力升高时，镀金层从树脂表面分离，暴露出核树脂颗粒的表面，从而降低导电性。此外，镀金树脂颗粒的形成需要比较复杂的表面处理和大量的金，以用金覆盖树脂颗粒的整个表面。而且，当施力以将电极彼此连接时，树脂颗粒的软核易于破裂，导致导电性变差。
镀金镍颗粒的金涂层和核镍颗粒表面的附着力也相当弱，所以当挤压时，金镀层易从镍颗粒的表面分离，从而导致导电性变差。并且，当连接电极包括具有较低硬度的金属层如铜(Cu)或银(Ag)时，因为镍颗粒具有相当高的硬度，所以挤压时镍颗粒不易变形，从而引起电极的弯曲和损坏。而且，因为镍颗粒本身在挤压时不易变形，如果镍颗粒间的粒径有差异，较小颗粒难以接触电极并提供其间的电流通路。具体而言，要与各向异性导电膜结合的基板表面因电极高度不规则而具有极低的平整度，因此在挤压时镍颗粒难以变形会导致故障，如因其间连接变差而引起的电极间短路。此外，镍颗粒固有的高电阻使镍颗粒难以用于需要高电流性质的细距电极。换句话说，在具有细距的电极间连接时，难以降低电阻，且镍颗粒的低热传导性引起电阻随传导时间的进一步升高。
在根据示例性实施方式的各向异性导电粘性复合物中，导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在此铜核颗粒表面上的金属涂层。金属涂层可为银涂层。金属涂层可通过用根据连接电极材料所选的金属涂覆铜核颗粒来形成。例如，如果电极材料是锡(Sn)，则铜核颗粒也用锡涂覆；如果电极材料是金(Au)，则铜核颗粒也用金涂覆；如果电极材料是钛(Ti)，则铜核颗粒也用钛涂覆。
图1显示了根据本发明一个示例性实施方式的各向异性导电复合物和膜，图2显示了根据本发明一个示例性实施方式的导电颗粒，图3显示了根据本发明一个示例性实施方式的包括各向异性导电膜的电路连接结构。
参见图1，根据该实施方式的各向异性导电粘性复合物、糊或膜100包括粘结剂110和分散在粘结剂110中的导电颗粒120。在导电膜100中，粘结剂110可以80～99.9wt％的量加入，导电颗粒120可以0.1～20wt％的量加入。在此，导电颗粒的量并无特别限定，而且可根据要连接的电极的间距改变。该各向异性导电粘性复合物可以各向异性导电糊或膜的形式实现。
粘结剂110可包括热塑性树脂或热固性树脂。选自热塑性树脂、热固性树脂或光固化树脂的某种聚合物树脂可用于此粘结剂。聚合物树脂的实例包括但不限于，丙烯腈树脂、苯乙烯-丙烯腈树脂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯树脂、丁二烯树脂、苯乙烯-丁二烯树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、乙烯-乙烯基树脂、丙烯腈-丁二烯橡胶、硅酮树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、酰胺树脂和丙烯酸酯树脂。这些聚合物树脂可单独使用或以两种或多种联合使用。
各向异性导电复合物或膜100可进一步包括添加剂，例如，硅烷偶联剂、聚合抑制剂、抗氧化剂、热稳定剂等。这些添加剂可单独使用或以两种或多种联合使用。
参见图2，导电颗粒120可包括铜核颗粒121，和涂覆在铜核颗粒121表面上的金属涂层123。考虑到连接电极在细距中形成，金属涂层123可以是具有极低电阻且可实现较高导电性和高电流密度的银涂层。银涂层123可以部分暴露此铜核颗粒121的表面的岛状涂覆在此铜核颗粒121的表面上。与聚合物核和其他金属涂层的组合相比，由于铜和银之间固有的良好粘聚力，铜核颗粒121和银涂层123在彼此间的界面处提供了非常强的结合力。因此，当该导电粘性复合物或膜受到电极连接的压力时，可有效防止银涂层123从铜核颗粒121分离。所以，有可能改善电极连接的可靠性。
基于100wt％铜核颗粒121，银涂层123可以8～9wt％的量涂覆。与使用大量金在聚合物核颗粒上形成金涂层的情况不同，银涂层123可很容易地被涂覆在铜核颗粒121上。可用化学镀在铜核颗粒121上形成银涂层123。铜核颗粒121可通过雾化或化学沉淀法形成。
当形成铜核颗粒121时，化学沉淀法有利地提供了比雾化法更加均匀的粒径分布和更圆的球形。然而，因为铜的硬度远低于镍，铜核颗粒121在电极连接的挤压时可从球形变形为椭圆形或板形，以使在粒径分布不均匀的情况下也能在电极间形成可靠的连接。当铜核颗粒121为球形时，在铜核颗粒121上涂覆银期间，通过排除不规则的铜颗粒可更容易调节铜核颗粒121上的银密度，从而在铜核颗粒121的表面上提供密度更加均匀的银涂层123。
包括铜核颗粒121和银涂层123的导电颗粒120可具有2～20μm的平均粒径。如果平均粒径小于2μm，在挤压以用于电极间连接时，连接失败的可能性会随着电极表面的粗糙度而增加；如果平均粒径大于20μm，相邻电极之间短路的可能性会升高。有利地，导电颗粒120可具有适用于细距电极的5～10μm平均粒径。
在制备包括铜核颗粒121和银涂层123的导电颗粒120之后，对导电颗粒120的表面进行防锈处理，以在保持表面更清洁的同时防止异物形成。防锈处理可以用有机材料如硬脂酸进行，以在导电颗粒120的表面上形成防锈层125。
参见图3，显示了包括根据示例性实施方式的各向异性导电粘性复合物或膜的电路连接结构。该电路连接结构包括具有诸如引线等导线电极310的导线基板301、具有诸如隆起焊盘或焊点等电路电极330的电路基板303，和将导线电极310和电路电极330互相连接的各向异性导电膜。电路电极330可以是用于显示面板、移动电话、手提显示装置等的半导体芯片、驱动芯片的连接焊点或连接端子。导线电极310可为显示面板的引线或电极端子。
通过附着到各向异性导电膜100一侧的导线电极310，电路电极330对准导线电极310，并附着到各向异性导电膜100的另一侧，然后挤压导线电极310和电路电极330之间的导电颗粒1120。此处，在挤压期间，导电颗粒1120的铜核颗粒1121可从球形变形为椭圆形或平薄片形。因为铜比镍的硬度更低且更易延展，所以铜颗粒在挤压时易变形。
因此，铜核颗粒1121的变形可导致导线电极310和电路电极330之间电连接的可靠性更高。即使在因导线电极310或电路电极330的不均匀高度导致导线电极310和电路电极330间隔的距离不均匀的情况下，也就是说，在导线电极310或电路电极330的表面平整性低的情况下，可挤压各向异性导电膜100，通过铜核颗粒1121的变形让导线电极310和电路电极330彼此更紧密接触。当导线电极310和电路电极330的接触程度因铜核颗粒1121的变形而增加时，导电颗粒1120也在间隔距离较宽的其它电极间受力，从而使这些电极之间电连接。
并且，因为在挤压时铜核颗粒1121易发生变形，所以可以有效抑制导电颗粒1120对导线电极310或电路电极330的压凹或其他形式损坏。铜制导线电极310呈现出与铜核颗粒1121或银涂层1123良好的附着力，并具有与铜核颗粒1121或银涂层1123相似的硬度，所以可以防止导线电极310被导电颗粒1120损坏。此外，银或金制导线电极310呈现与导电颗粒1120表面上银涂层1123良好的附着力，从而实现了导线电极和导电颗粒间的强粘聚力。因此，可改进连接强度和可靠性。
如果导线电极310和电路电极330由不同材料如铜和银(或金)形成，根据此实施方式的各向异性导电膜或粘性复合物对不同材料的电极310和330均呈现非常高的粘聚力和附着力。银涂层1123通过化学镀以岛状形成在铜核颗粒1121的表面上，以部分暴露铜核颗粒1121的表面。因此，铜核颗粒1121可主要附着到铜制导线电极310上，而银涂层1123可主要附着到银制电路电极330上，从而改善电极310、330间的连接可靠性。
此处，如果电路电极330由包括锡(Sn)、金(Au)、钛(Ti)、铋(Bi)、铝(Al)或钼(Mo)的材料制成，可用与电路电极330相应或相同的材料涂覆导电颗粒来形成金属涂层1123。因为金属涂层1123由与电路电极330相应或相同的材料形成，可实现金属涂层1123和电路电极330之间的强附着力，从而改善连接可靠性、高电流性质和大电流电阻。
接下来，将参考实施例更详细地说明本发明，但是应理解这些实施例以说明的方式提供，而非限制本发明的范围。
实施例
实施例和对比例的各向异性导电膜可根据以下组成制备。
(1)粘结剂
(A)双酚丙烯酸酯(BPA)类环氧树脂
基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括20wt％的双酚丙烯酸酯(BPA)类环氧树脂。BPA类环氧树脂可为YD128(韩国Kukdo化学工业有限公司)。
(B)萘类环氧树脂
基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括10wt％的萘类环氧树脂。萘类环氧树脂与BPA类环氧树脂可按1∶2的比例加入。萘类环氧树脂可为HP4032D(日本Dai Nippon Ink化学工业有限公司)。
(C)橡胶组分
基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括20wt％的丙烯酸类橡胶(acryl rubber)。丙烯酸类橡胶包括丙烯酸酯类共聚物，且可与环氧树脂按2∶3的比例加入。丙烯酸橡胶可为SG-P3-TEA(日本Nagase化学技术有限公司)。
(D)固化剂
HX3922HP(日本Asahi Kasei有限公司)是一种微胶囊型固化剂，其可用作固化剂。基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括25wt％的固化剂。
(E)硅烷偶联剂
KBM403(日本Shin-Etsu有限公司)可用作硅烷偶联剂。基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括2wt％的硅烷偶联剂。
(2)导电颗粒
包括重量比9∶1的Cu和Ag的金属颗粒(可购自日本Dowa有限公司)可用作本发明实施例的导电颗粒。基于100wt％的各向异性导电复合物，各向异性导电复合物可包括10wt％的导电颗粒。对比例1的导电颗粒通过用镍/金(Ni/Au)涂覆粒径5μm的聚合物颗粒来形成；对比例2的导电颗粒通过用金(Au)涂覆粒径5μm的镍颗粒来形成；对比例3的导电颗粒通过用金(Au)涂覆粒径8μm的镍颗粒来形成；对比例4的导电颗粒为粒径5μm的镍颗粒。
(3)防锈处理
用硬脂酸(可购自Sigma Aldrich公司)进行防锈处理。
表1列出了实施例和对比例的导电颗粒。
表1
用表1中列出的本发明实施例和对比例的导电颗粒制备包括各向异性导电复合物的各向异性导电膜。将表1的导电颗粒与有机粘结剂通过搅拌混合，直至得到均匀的混合物，然后涂覆并干燥该混合物至20～40μm的均匀厚度。
为了评价包括各向异性导电复合物的各向异性导电膜的性质，每种各向异性导电膜被临时挤压到玻璃基板上，在上面印刷用于电极的银图案，用200微米间距试验接触探针作为测量端子，对其加热并施加压力，以挤压各向异性导电膜。
为了评价电极之间的连接，也就是电极之间的电导率，用4点探针技术测定各向异性导电膜的电阻。此外，用2点探针技术评价各向异性导电膜的绝缘性，当电阻为109欧姆(Ω)或更高时，确定各向异性导电膜提供了良好的绝缘性。在热挤压导电膜之后，在室温下评价各向异性导电膜的连接和绝缘性。然后，将各向异性导电膜在温度85℃和相对湿度85％的条件下放置一段预定的时长，在室温下再次评价各向异性导电膜的连接和绝缘性。在绝缘性评价试验中，确定实施例1-3和对比例1-4均呈现良好绝缘性。表2显示了连接电阻的测量结果。表2的结果表明，当对比例在高温和高湿环境下暴露较长一段时间时，对比例的连接电阻升高。具体而言，对比例1和4的连接电阻快速升高。相反，即使在高温和高湿环境下暴露较长一段时间，实施例1-3的电阻升高也被有效地抑制。
表2：高温高湿环境中连接电阻的测量结果
此处，通过在高压锅实验(PCT)中将各向异性导电膜置于1.2个大气压、100℃和100％湿度下，测量各向异性导电膜的电阻，来评价各向异性导电膜的可靠性。表3显示了通过高压锅实验测得的连接电阻的结果。
表3：高压锅测试中连接电阻的测量结果
表3的结果表明，当将对比例暴露在高压、高温和高湿环境下较长一段时间，对比例的连接电阻升高。具体而言，对比例1和4的电阻快速升高。相反，即使暴露于高压、高温和高湿度环境下较长一段时间，实施例1-3的电阻升高也被有效地抑制。这些结果表明实施例1-3可实现较高可靠性。
因此，本发明的实施方式提供了一种各向异性导电粘性复合物和膜，以及包括该复合物或膜的电路连接结构，所述各向异性导电粘性复合物或膜包括导电颗粒以改善连接时的电阻，且满足在细距中形成连接电极时需要的高电压和高电流性质。
虽然已经结合附图提供了一些实施方式来说明本发明，本领域技术人员明白这些实施方式仅以说明的方式给出，在不背离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改、改变和变化。本发明的范围应仅由所附权利要求书及其等同方方式限定。

Claims (12)

1.一种各向异性导电膜，包括：
介电粘结剂；和
分散在所述介电粘结剂中的导电颗粒，
其中所述导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在所述铜核颗粒表面上的银涂层，
其中所述银涂层通过化学镀以岛状形成，以部分暴露所述铜核颗粒的表面。
2.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述各向异性导电膜包括99.9～80重量％的有机树脂作为所述粘结剂和0.1～20重量％的所述导电颗粒。
3.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述银涂层通过化学镀以岛状形成，以部分暴露所述铜核颗粒的表面。
4.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述铜核颗粒通过化学沉淀法形成以具有球形。
5.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述铜核颗粒通过雾化形成。
6.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述导电颗粒具有2～20μm的平均粒径。
7.如权利要求1所述的各向异性导电膜，其中所述导电颗粒包括防锈层，所述防锈层通过使用有机材料的防锈处理在所述导电颗粒表面上形成，所述有机材料包括硬脂酸。
8.一种各向异性导电粘性复合物，包括：
介电粘结剂；和
分散在所述介电粘结剂中的导电颗粒，
其中所述导电颗粒包括铜核颗粒和涂覆在所述铜核颗粒表面上的银涂层，
其中所述银涂层通过化学镀以岛状形成，以部分暴露所述铜核颗粒的表面。
9.如权利要求8所述的各向异性导电粘性复合物，其中所述导电颗粒包括防锈层，所述防锈层通过使用有机材料的防锈处理在所述导电颗粒表面上形成，所述有机材料包括硬脂酸。
10.一种电路连接结构，包括：
电路基板，所述电路基板包括电路电极；
导线基板，所述导线基板面对所述电路基板并包括导线电极；和
权利要求1的各向异性导电膜，所述各向异性导电膜使所述电路电极和所述导线电极之间电连接。
11.如权利要求10所述的电路连接结构，其中所述导线电极包括对应于所述铜核颗粒的铜。
12.如权利要求10所述的电路连接结构，其中所述电路电极包括银。
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